Исследователи разрабатывают математическую модель для объяснения сложной архитектуры термитников

 

После серии исследований физиологии и морфогенеза термитных курганов за последнее десятилетие исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона разработали математическую модель, которая поможет объяснить, как термиты строят свои сложные курганы.

 

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

 

"Термитные курганы-один из величайших примеров архитектуры животных на нашей планете", - сказал Л. Махадеван, профессор прикладной математики, организмической и эволюционной биологии, физики и ведущий автор исследования. - А для чего они? Как они работают? Как они построены? Именно эти вопросы долгое время озадачивали многих ученых."

 

В предыдущих исследованиях Махадеван и его команда показали, что дневные и ночные колебания температуры приводят к конвективному потоку в насыпи, который не только проветривает колонию, но и перемещает феромоноподобные сигналы, которые запускают строительное поведение термитов.

 

Здесь команда увеличила масштаб еще больше, чтобы понять, как термиты строят запутанно соединенные этажи в отдельных курганах без плана или планировщика. Вместе с экспериментаторами из Тулузского университета во главе с Ги Тераулазом исследователи нанесли на карту внутренние структуры двух гнезд с помощью компьютерной томографии и количественно оценили расстояние и расположение полов и пандусов. Сложность гнезд усугубляется тем, что термиты не только строят простые пандусы для соединения полов, но и строят спиральные пандусы, такие как пандусы в гаражах, чтобы соединить несколько этажей.

 

Используя эти визуализации и включив предыдущие выводы о том, как такие факторы, как суточные температурные сдвиги и потоки феромонов, управляют строительством, аспирант OEB Александр Хейде и Махадеван построили математическую структуру для объяснения планировки кургана.

 

Хейде и Махадеван думали о каждом компоненте кургана—воздухе, грязи и термитах—как о смешанных жидкостях, изменяющихся в пространстве и времени.

 

"Мы можем думать о коллекции сотен тысяч термитов как о жидкости, которая может чувствовать окружающую среду и действовать на нее", - сказал Хейд. - Тогда у вас есть настоящая жидкость, воздух, переносящий феромоны через эту среду, которая управляет новым поведением. Наконец, у вас есть грязь, которую перемещают термиты, изменяя способ, которым текут феромоны. Наша математическая структура дала нам четкие предсказания для расстояния между слоями и показала спонтанное образование линейных и спиральных пандусов."

 

"Вот пример, где мы видим, что обычное разделение между изучением неживой материи и живой материи разрушается", - сказал Махадеван. -Насекомые создают микро-среду, нишу, в ответ на концентрацию феромонов. Это изменение в физической среде изменяет поток феромонов, который затем изменяет поведение термитов, связывая физику и биологию через динамическую архитектуру, которая модулирует и модулируется поведением. "

 

В дополнение к частичному разгадыванию тайны того, как эти курганы работают и строятся, исследование вполне может иметь последствия для интеллекта роя в ряде других систем и даже для понимания аспектов морфогенеза тканей.

ИСТОЧНИК

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (20.01.2021)
Просмотров: 27 | Рейтинг: 0.0/0